I dag er EEG-målinger et nyttig verktøy på sykehus, men det har et stort, ubrukt potensial, ifølge forsker Solveig Næss. Hun jobber med dataanalyse.

Forskerne får nemlig svært mye data fra målingene på utsiden av hjernen, men kan ikke koble dataene til det som foregår på innsiden.

Ubrukte, men potensielt verdifulle data er svært plagsomt for en forsker. Problemet er i hovedsak at det finnes to modeller av hjernen – og de passer ikke sammen.

Ved å knytte de to modellene sammen håper Næss at det blir mulig å diagnostisere for eksempel Alzheimer eller schizofreni basert på slike EEG-målinger. Resultatene så langt er lovende.

Måler tilstanden til hjernen

Målingene Næss forsker på heter EEG – elektroencefalografi. EEG måler de elektriske signalene inne i hjernen.

Med EEG er det mulig å se hva slags tilstand hjernen er i, for eksempel om du er i koma eller har et epilepsianfall. Det er også mulig å se hvor en hjernesvulst ligger eller hvilke områder i hjernen som er aktive når du skal løse en logisk oppgave.

– Vi bruker slike målinger til å påvise eller utelukke nevrologiske sykdommer, som epilepsi, forklarer Torbjørn Elvsåshagen, som jobber ved Oslo universitetssykehus.

Ifølge Elvsåshagen kan EEG-målinger også gi ny kunnskap om mekanismer bak psykiske sykdommer, slik som schizofreni og bipolar lidelse. Målingene viser forskjeller hos mennesker med psykiatriske sykdommer på gruppenivå, men er fremdeles for unøyaktige til å kunne si noe sikkert om én enkelt person.

Årsaken er at forskjellene mellom ulike sykdommer kan være små og den individuelle variasjonen stor.

To modeller – én hjerne

I tillegg til EEG-målinger, finnes det andre måter å se inn i hjernen.

De elektriske signalene i hjernen er måten cellene våre snakker sammen på.

Det finnes svært gode matematiske modeller av elektrisiteten inne i én enkelt celle. Det er mulig å bruke en datamaskin til å forstørre modellen og få svaret på hvordan det elektriske feltet i hjernen ser ut, ifølge Næss.

En slik modell viser det som skjer inne i hjernen – en slags innsidemodell.

Det er bare ett problem: Innsidemodellen sier nesten ingenting om hva man kan måle på utsiden av hodeskallen ved hjelp av EEG.

De som jobber med EEG-målinger, lager sine egne modeller av hva som skjer inne i hjernen basert på det som er målt på utsiden. En slik modell kan kalles en utsidemodell.

Problemet med utsidemodellen er at forskerne «gjetter» på hva de tror skjer på innsiden av hjernen.

Den detaljerte innvendige modellen og den faktiske modellen av målingen på utsiden passer rett og slett ikke sammen. Det er her Næss ønsker å bidra med faktiske tall som gjør at forskere som bruker utsidemodellen, slipper å gjette.

Det som trengs, er en slags nøkkel som kan koble de to modellene sammen.

Dette er temaet for doktorgraden til Solveig Næss på Centre for Integrative Neuroplasticity ved Universitetet i Oslo.

Gjette på løsninger

Nøkkelen heter dipolmoment og beskriver strømmens styrke og retning i hjernen. Når forskerne måler hjerneaktivitet med EEG, har de måttet gjette eller anta dipolmoment.

Problemet er at den samme målingen kan komme fra veldig ulike utgangspunkt.

Avstanden fra de strømførende cellene til måleren og styrken på strømmen påvirker måleresultatet. Svak strøm, men kort avstand, kan gi samme svar som sterk strøm på større avstand.

Mindre gjetting

Næss har jobbet mest med de detaljerte innsidemodellene av hjernen. Her er det liten grad av gjetting, for forskerne kan modellere ganske nøyaktig hva som skjer.

Næss har tatt de mest avanserte av innsidemodellene og oversatt dem til nøkler som passer inn i EEG-målingene på utsiden. Da er det mulig å se om de detaljerte modellene passer sammen med det som faktisk blir målt.

For at leger skal kunne sette medisinske diagnoser, må Næss og andre forskere lage en database med årsaker til at det er ulike EEG-målinger.

Har pasienten schizofreni?

For å forstå hvor viktig denne nøkkelen er, kan vi gjøre et tankeeksperiment.

Se for deg at en person har tatt en EEG-måling av hjernen sin. Legen ønsker å vite hva som er galt, men fordi han må gjette hva «nøkkelen» er, vet han ikke nøyaktig hva som er den underliggende årsaken til at målingen ser ut som den gjør.

Dersom legen kunne ha søkt i en slik database som Næss ønsker å lage, kunne han kanskje løst problemet.

Det er nemlig slik at noen sykdommer, som schizofreni, er sterkt koblet til måten de elektriske signalene i hjernen fungerer på.

Ifølge Elvsåshagen er det trolig flere hundre ulike genområder som er koblet til schizofreni, og mange av disse genområdene koder for måten en celle fører strøm på. Dette er det mulig å sette inn i en av modellene til Næss.

– Vi vet at noen av disse genene påvirker det elektriske samspillet mellom nerveceller i hjernen, forklarer Elvsåshagen.

Noen kombinasjoner av gener kan gi sårbarhet for sykdommer som schizofreni, men det er også et samspill med miljøet rundt. Det er grunn til å tro at ulike kombinasjoner av genvarianter og miljøfaktorer kan føre til schizofreni.

Det kan igjen bety at mekanismene bak sykdommen varierer fra person til person. Det gjør forskningen ekstra utfordrende.

Medisin hjelper noen, men ikke alle

Med mange gener som kan være med å påvirke sykdommen, trengs det mye arbeid for å finne alle mulige kombinasjoner som gir sykdom.

Når forskerne vet hvordan noen av disse genene virker, kan Næss lage en innsidemodell av en hjerne hvor disse genene ikke virker som de skal.

Hvis modellen til Næss passer til EEG-målingene til pasienten i tankeeksperimentet, vet legen at han eller hun har schizofreni og hvilke gener som har forårsaket det.

Det betyr at det på sikt er mulig å finne forklaringer på hvorfor noen pasienter får god effekt av enkelte medisiner, mens andre ikke får det.

Dette gir Næss og andre forskere håp om at det er mulig å få mye mer informasjon ut av EEG-målinger i fremtiden.

Referanse:

Solveig Næss: Biophysical modeling of electric and magnetic brain signals. Doktoravhandling ved Universitetet i Oslo, 2021. Sammendrag på UiOs nettsider.

Artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo

Universitetet i Oslo er én av 77 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Universitetet i Oslo:

Les flere saker laget av Universitetet i Oslo her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!

Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER